(57)【要約】【課題】  磁気発生手段の磁気を検出する磁気検出センサを当該磁気発生手段からの距離を確保して配置しつつ、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる回転検出装置を提供する。【解決手段】  回転側部材１に配設され、その回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段２と、該磁気発生手段２と対向した固定側部材に配設され、当該磁気発生手段２の磁気を検出する磁気検出センサ５とを具備し、磁気検出センサ５により検出した磁気に基づき回転側部材の回転角度を検出するための回転検出装置において、前記磁気検出センサ５の裏面側に磁性体材料から成るバックメタル３を配設し、磁気発生手段２から磁気検出センサ５に及ぼされる磁界を当該バックメタル３にて集中して通過させたものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側部材に配設され、その回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段と、
該磁気発生手段と対向した固定側部材に配設され、当該磁気発生手段の磁気を検出する磁気検出センサと、
を具備し、前記磁気検出センサにより検出した磁気に基づき回転側部材の回転角度を検出するための回転検出装置において、
前記磁気検出センサの裏面側に磁性体材料から成るバックメタルを配設し、前記磁気発生手段から磁気検出センサに及ぼされる磁界を当該バックメタルにて集中して通過させたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記磁気検出センサは、磁性体材料から成るリードフレームと電気的接続されたセンサチップから成り、該センサチップ及びリードフレームが樹脂にて封止されてＩＣパッケージを構成するとともに、当該ＩＣパッケージのリードフレームと前記センサチップとの間に前記バックメタルを接触して介在させたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記磁気検出センサは、磁性体材料から成るリードフレームと電気的接続されたセンサチップから成り、前記リードフレームの裏面を露出させつつ樹脂にてセンサチップ及びリードフレームが封止されてＩＣパッケージを構成するとともに、当該ＩＣパッケージのリードフレームの裏面に前記バックメタルを接触して配設したことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記ＩＣパッケージは、その裏面側に配設されたプリント基板と電気的接続が図られているとともに、該プリント基板における前記バックメタルが位置する部位に凹部又は孔部が形成されたことを特徴とする請求項３記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出センサは、シート状基板と電気的接続されたセンサチップから成り、当該シート状基板の裏面側に前記バックメタルを接触して配設したことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出センサにより検出した磁気に基づき回転側部材の回転角度を検出するための回転検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の回転輪からその回転軸方向に磁石ヘッドを突設させるとともに、静止輪における磁石ヘッドと対向した位置に磁気センサ素子をアレイ状に配設し、各磁気センサ素子で検出された磁界分布の情報から磁石ヘッド（即ち、軸受の回転輪）の回転角度や回転方向を検出する回転検出装置が、例えば特許文献１にて開示されている。かかる構成によれば、転がり軸受のサイズが小さい小径軸受においても回転検出装置の内蔵を容易にすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１４８９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の回転検出装置においては、発生する磁界は磁石ヘッド（磁気発生手段）から遠ざかるほど弱くなるため、磁気センサ素子を当該磁石ヘッドに近接させる必要があるが、機械的干渉を避けつつ装置の組立性を確保するためには、両者をある程度の距離を離して設置しなければならず、その場合、磁気センサ素子の設置位置における磁界強度が十分確保されないという問題があった。即ち、図７に示すように、通常、磁石ヘッド１００のＮ極からＳ極に至る磁力線ｍの磁束密度は当該磁石ヘッド１００に近接した位置では高くなっているが、センサチップ１０１表面に形成された磁気センサ素子１０２においては十分な磁界強度を確保できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、磁気発生手段の磁気を検出する磁気検出センサを当該磁気発生手段からの設置距離（センサギャップ）を保ちつつ、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる回転検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、回転側部材に配設され、その回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段と、該磁気発生手段と対向した固定側部材に配設され、当該磁気発生手段の磁気を検出する磁気検出センサとを具備し、前記磁気検出センサにより検出した磁気に基づき回転側部材の回転角度を検出するための回転検出装置において、前記磁気検出センサの裏面側に磁性体材料から成るバックメタルを配設し、前記磁気発生手段から磁気検出センサに及ぼされる磁界を当該バックメタルにて集中して通過させたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記磁気検出センサは、磁性体材料から成るリードフレームと電気的接続されたセンサチップから成り、該センサチップ及びリードフレームが樹脂にて封止されてＩＣパッケージを構成するとともに、当該ＩＣパッケージのリードフレームと前記センサチップとの間に前記バックメタルを接触して介在させたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記磁気検出センサは、磁性体材料から成るリードフレームと電気的接続されたセンサチップから成り、前記リードフレームの裏面を露出させつつ樹脂にてセンサチップ及びリードフレームが封止されてＩＣパッケージを構成するとともに、当該ＩＣパッケージのリードフレームの裏面に前記バックメタルを接触して配設したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の回転検出装置において、前記ＩＣパッケージは、その裏面側に配設されたプリント基板と電気的接続が図られているとともに、該プリント基板における前記バックメタルが位置する部位に凹部又は孔部が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記磁気検出センサは、シート状基板と電気的接続されたセンサチップから成り、当該シート状基板の裏面側に前記バックメタルを接触して配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、磁気検出センサの裏面側に磁性体材料から成るバックメタルを配設し、磁気発生手段から磁気検出センサに及ぼされる磁界を当該バックメタルにて集中して通過させたので、磁気検出センサを磁気発生手段との距離を確保しつつ配置させ得るとともに、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、バックメタルと併せてＩＣパッケージに内在されるリードフレームにて磁気検出センサに及ぼされる磁界を集中して通過させ得るので、確実に磁気飽和を回避することができ、且つ、磁気検出センサを磁気発生手段との距離を確保しつつ配置させ得るとともに、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、リードフレームの裏面がＩＣパッケージから露出した通常形態のものに容易に適用することができ、且つ、磁気検出センサを磁気発生手段との距離を確保しつつ配置させ得るとともに、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、プリント基板におけるバックメタルが位置する部位に凹部又は孔部が形成されているので、当該バックメタルとプリント基板との干渉を有効に回避することができる。
【００１４】
請求項５の発明によれば、シート状基板の裏面側にバックメタルを接触して配設したので、磁気検出センサが磁気発生手段との距離を確保した状態を維持し得るとともに、磁気検出センサに及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
第１の実施形態に係る回転検出装置は、所定軸を中心として回転自在な回転側部材の固定側部材に対する回転角度を検出するためのもので、図１に示すように、軸Ｌを中心として回転自在な回転側部材１と、該回転側部材１に配設され、その回転中心である軸Ｌ周りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段２と、該磁気発生手段２と対向した固定側部材（不図示）に配設されたセンサチップ４と、該センサチップ４の表面に形成された磁気検出センサ５（磁気ラインセンサ）及び角度算出手段６と、センサチップ４の裏面側に配設されたバックメタル３とを有して構成されている。
【００１６】
磁気発生手段２は、全体形状が略コ字状に形成された永久磁石から成り、その一方の突端がＳ極及び他方の突端がＮ極とされることにより、円周方向に対して異方性の磁気を生じるよう構成されたものである。かかる磁気発生手段２は、回転側部材１と共に回転可能なように連結されており、当該磁気発生手段２からの磁界分布を検出して、その回転角度を検出すれば、固定側部材に対する回転側部材１の回転角度が検出できるようになっている。尚、この磁気発生手段２に代えて他の形態（例えば全体形状が略Ｕ字状に形成されたもの、或いは２本の棒状磁石を連結して構成しそれぞれの突端がＳ極及びＮ極とされたもの等）としてもよい。
【００１７】
センサチップ４は、半導体チップ（シリコンチップ）から成るもので、その表面（磁気発生手段２と対向する面）に磁気検出センサ５及び角度算出手段６が形成されている。かかるセンサチップ４の表面は、磁気発生手段２の突端と微小寸法離間しており、回転する磁気発生手段２とセンサチップ４との干渉を回避しつつ、磁気発生手段２と磁気検出センサ５とが極めて近接するよう構成されている。尚、センサチップ４の全体形状は、表面及び裏面が平坦なものであれば、矩形状のものの他、円筒状のもの等であってもよい。
【００１８】
磁気検出センサ５は、図２に示すように、磁気を検出し得る素子５ａがライン状（直線状）に配設された磁気ラインセンサから成るものであり、４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄを磁気発生手段２の回転軸Ｌ周りに１周分矩形状に並べて構成されたものである。即ち、磁気発生手段２の突端Ｓ極及びＮ極と対向した部位の素子５ａがそれぞれ磁界を検出し、その回転角度を検出し得るので、回転側部材１の回転角度を高精度に検出することができるよう構成されているのである。尚、磁気検出センサ５は、本実施形態の如く直線状の磁気ラインセンサから成るものに代えて、平面にアレイ状に形成されたものとしてもよく、本発明の磁気検出センサは、磁気ラインセンサを含むものとする。
【００１９】
角度算出手段６は、磁気検出センサ５により検出した磁気に基づき回転側部材１の回転角度を算出するためのもので、矩形状に並べられた４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄに囲まれた部位に形成されている。このような構成とすることで、磁気検出センサ５及び角度算出手段６をコンパクトに配設させることができ、装置全体の小型化を図ることができる。より具体的には、角度算出手段６は、磁気検出センサ５と電気的に接続されており、該磁気検出センサ５から送られる電気信号に基づいてゼロクロス位置（磁気発生手段２のＳ極とＮ極との切り替わり部位）を求めるべく所定の演算を実行し、当該ゼロクロス位置から磁気発生手段２（即ち、固定側部材１）の回転角度を算出し得るよう構成されている。
【００２０】
バックメタル３は、センサチップ４の裏面（磁気発生手段２と対向する面とは反対の面）に接触して配設されたものであり、例えばフェライトやニッケル合金等の磁性体材料から成る。かかるバックメタル３を配設したことにより、図３に示すように、磁気発生手段２から磁気検出センサ５に及ぼされる磁界（磁力線）を集中して通過させ、当該磁気検出センサ５における磁束密度を高めることができる。従って、センサチップ４を磁気発生手段２からの距離を確保して配置させることができ、センサチップ４の裏面に直接バックメタルを配置するため磁気検出センサ５に及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。
【００２１】
ここで、磁気発生手段２から発生する磁界が強く、バックメタル３の厚さが小さいと、当該バックメタル３の内部を通過する磁束密度が極めて高くなり磁気飽和してしまう虞がある。従って、バックメタル３は、当該磁気飽和を回避してバックメタルとしての十分な役割を果たすべく所定寸法の厚みのものを使用するのが好ましく、例えば０．４mm以上の厚さのバックメタルとするのが好ましい。尚、磁気発生手段２から発生する磁界の強さに応じてバックメタル３の材料（磁性体材料）を選択するようにすれば、より確実に磁気検出センサ５における磁束密度を高めることができ、磁界強度を十分に確保することができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、図４で示すように、磁気検出センサ５がリードフレーム７ｂと電気的接続されたセンサチップ４の表面に形成されており、このセンサチップ４、リードフレーム７ｂ及び７ａが樹脂８にて封止（モールド）されてＩＣパッケージ９を構成するとともに、該ＩＣパッケージ９のリードフレーム７ａとセンサチップ４との間にバックメタル３を接触して介在させたものである。また、リードフレーム７ａは、磁性体材料（例えばリードフレームとして従来より使用されている４２アロイ等の軟磁性体材料）から成り、積層状態にあるバックメタル３と共に磁気発生手段２から磁気検出センサ５に及ぼされる磁界を集中して通過させ得るよう構成されている。
【００２３】
尚、同図中符号７ｂは、センサチップ４（磁気検出センサ５）とワイヤボンディングにて電気的接続されつつＩＣパッケージ９の外部にまで延設されたリードフレームを示しており、リードフレーム７ａとは異なり、必ずしも磁性体材料で構成されていなくてもよいものである。磁気発生手段２は、第１の実施形態と同様、回転側部材に配設されて、該回転側部材と共に回転し得るよう構成されており、その磁界を磁気検出センサ５が検出することにより磁気発生手段２（即ち、回転側部材）の回転角度を検出するようになっている一方、上記ＩＣパッケージ９は固定側部材に固設されることとなる。また、本実施形態に係る磁気検出センサ５は、センサチップ４表面にアレイ状に形成されたものであり、第１の実施形態に係る角度算出手段は別途配設されることとなる。
【００２４】
本実施形態によれば、バックメタル３と併せてＩＣパッケージ９に内在されるリードフレーム７ａにて磁気検出センサ５に及ぼされる磁界を集中して通過させ得るので、確実に磁気飽和を回避することができ、且つ、磁気検出センサ５を磁気発生手段２からの距離を確保した状態で、磁気検出センサ５に及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。即ち、リードフレーム７ａは、ダイパッドとしての機能とバックメタルの一部としての機能とを有し、バックメタル３と積層されることによりバックメタル機能を果たす際の厚みを確保し、磁気飽和を有効に回避できるのである。
【００２５】
更に、バックメタル３がＩＣパッケージ９内のセンサチップ４とリードフレーム７ａとの間に介在しているので、当該バックメタル３をＩＣパッケージ９の裏面側に配設したものに比べ、より磁気発生手段２に近接させることができ、磁界強度を確実に確保することができる。尚、リードフレーム７ｂの先端（樹脂８より外部に延設された部位）は、基板（本実施形態においては不図示）等に配設されて、当該基板に形成された回路に接続されることとなる。
【００２６】
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、図５で示すように、第２の実施形態と同様の磁気検出センサ５がリードフレーム７ｂと電気的接続されたセンサチップ４の表面に形成されており、このセンサチップ４、リードフレーム７ｂ及び７ａが樹脂８にて封止（モールド）されてＩＣパッケージ９を構成するとともに、リードフレーム７ａの裏面が樹脂８から露出した構成とされている。そして、露出したリードフレーム７ａの裏面にバックメタル３が接触して配設されるとともに、センサチップ４（磁気検出センサ５）とワイヤボンディングにて電気的接続されたリードフレーム７ｂが、所定の回路が印刷されたプリント基板１０に電気的接続されている。
【００２７】
また、リードフレーム７ａは、第２の実施形態と同様、磁性体材料（例えばリードフレームとして従来より使用されている４２アロイ等の軟磁性体材料）から成り、積層状態にあるバックメタル３と共に磁気発生手段２から磁気検出センサ５に及ぼされる磁界を集中して通過させ得るよう構成されている。更に、プリント基板１０におけるバックメタル３が位置する部位には、孔部１０ａが形成されており、該孔部１０ａ内にバックメタル３が収容された構成となっている。尚、プリント基板１０の厚さによっては、孔部１０ａに代えてバックメタル３を収容し得る凹部としてもよい。
【００２８】
然るに、磁気発生手段２は、第１及び第２の実施形態と同様、回転側部材に配設されて、該回転側部材と共に回転し得るよう構成されており、その磁界を磁気検出センサ５が検出することにより磁気発生手段２（即ち、回転側部材）の回転角度を検出するようになっている一方、上記ＩＣパッケージ９及びプリント基板１０は固定側部材に固設されることとなる。また、本実施形態に係る磁気検出センサ５は、センサチップ４表面にアレイ状に形成されたものであり、第１の実施形態に係る角度算出手段は別途配設されることとなる。
【００２９】
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様、バックメタル３と併せてＩＣパッケージ９に内在されるリードフレーム７ａにて磁気検出センサ５に及ぼされる磁界を集中して通過させ得るので、確実に磁気飽和を回避することができ、且つ、磁気検出センサ５を磁気発生手段２から距離を離して配置しつつ、磁気検出センサ５に及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。また、ダイパッドの冷却効果を図るべくリードフレームの裏面がＩＣパッケージから露出した通常形態のものが既に提供されており、当該通常形態のＩＣパッケージに容易に適用することができる。更に、プリント基板１０におけるバックメタル３が位置する部位に孔部１０ａが形成されているので、バックメタル３を磁気発生手段２に近接させつつ当該バックメタル３とプリント基板１０との干渉を有効に回避することができる。
【００３０】
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、図６で示すように、磁気検出センサ５がシート状基板１１（フレキシブル基板）と電気的接続されたセンサチップ４の表面に形成されており、当該シー路状基板１１の裏面側にバックメタル３を接触して配設したものである。シート状基板１１は、周知の如く、薄く可撓性を有するシート状材料の表面に所定の回路が印刷されたもので、所定位置にセンサチップ４を接続しつつ固定して成る。また、先の実施形態と同様、磁気発生手段２は回転側部材に配設されて、該回転側部材と共に回転し得る一方、センサチップ４、シート状基板１１及びバックメタル３が固定側部材に固設されることとなる。
【００３１】
本実施形態によれば、薄いシート状基板１１の裏面側にバックメタル３を接触して配設したので、磁気検出センサ５が磁気発生手段から距離を離して配置しつつ、磁気検出センサ５に及ぼされる磁界強度を十分に確保することができる。即ち、バックメタル３は、シート状基板１１を介してセンサチップ４に積層されているが、かかるシート状基板１１が極めて薄いため、磁気発生手段２からの離間寸法はそれほど大きくならず、近接した状態を維持することができるのである。
【００３２】
以上、第１〜第４の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、例えば第２〜第４の実施形態における磁気検出センサ５を第１の実施形態と同様の磁気ラインセンサ（直線状のものを矩形状に並べて配設したもの）としてもよく、反対に、第１実施形態の磁気検出センサ５をアレイ状に配設したものとしてもよい。また、本発明を軸受に適用し、回転側部材を軸受の回転輪とするとともに固定側部材を軸受の静止輪とすることにより、当該回転輪の回転角度を検出するものとしてもよい。勿論、他の回転する部材の固定部材に対する回転角度を検出するものに適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
磁気検出センサの裏面側に磁性体材料から成るバックメタルを配設し、回転側部材に配設された磁気発生手段からの磁気を磁気検出センサにて検出し、その検出に基づき回転側部材の回転角度を検出する回転検出装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転検出装置を示す斜視図
【図２】同回転検出装置における磁気検出センサを示す模式図
【図３】同回転検出装置における磁気発生手段からの磁界の状態を示す模式図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る回転検出装置の構成及び磁気発生手段からの磁界の状態を示す断面模式図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る回転検出装置の構成及び磁気発生手段からの磁界の状態を示す断面模式図
【図６】本発明の第４の実施形態に係る回転検出装置の構成及び磁気発生手段からの磁界の状態を示す断面模式図
【図７】従来の回転検出装置における磁気発生手段からの磁界の状態を示す断面模式図
【符号の説明】
【００３５】
１    回転側部材
２    磁気発生手段
３    バックメタル
４    センサチップ
５    磁気検出センサ
６    角度算出手段
７ａ  リードフレーム（ダイパッド）
７ｂ  リードフレーム
８    樹脂
９    ＩＣパッケージ
１０  プリント基板
１０ａ  孔部
１１  シート状基板
【図１】
2005147970.tif 000003
【図２】
2005147970.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005147970.tif 000007
【図６】
2005147970.tif 000008
【図７】
2005147970.tif 000009